EP3260379A1 - Simulation of gravity and device for creating a force acting on an object - Google Patents

Simulation of gravity and device for creating a force acting on an object Download PDF

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EP3260379A1
EP3260379A1 EP17176823.7A EP17176823A EP3260379A1 EP 3260379 A1 EP3260379 A1 EP 3260379A1 EP 17176823 A EP17176823 A EP 17176823A EP 3260379 A1 EP3260379 A1 EP 3260379A1
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EP
European Patent Office
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magnetic field
magnetic
elements
generated
force acting
Prior art date
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EP17176823.7A
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German (de)
French (fr)
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EP3260379A9 (en
Inventor
Giovanni Orlando
Jean-Dominique Coste
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Airbus Defence and Space GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Defence and Space GmbH filed Critical Airbus Defence and Space GmbH
Publication of EP3260379A1 publication Critical patent/EP3260379A1/en
Publication of EP3260379A9 publication Critical patent/EP3260379A9/en
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N15/00Holding or levitation devices using magnetic attraction or repulsion, not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/12Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles manned
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B64G1/402Propellant tanks; Feeding propellants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/46Arrangements or adaptations of devices for control of environment or living conditions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/02Permanent magnets [PM]
    • H01F7/0231Magnetic circuits with PM for power or force generation
    • H01F7/0236Magnetic suspension or levitation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets

Definitions

  • the invention relates to a method for simulating a gravitational force acting on an object in space and a device for generating force acting on an object.
  • the object of the present invention is, in particular, to develop an alternative technique with which the gravitational force in space can be simulated.
  • a force generated by such a technique when applied to the earth, may preferably be counteracted by gravity.
  • an object can be levitated and / or accelerated without friction or at least with low friction.
  • a method according to the invention serves to simulate a gravitational force acting on an object in space.
  • the method comprises inducing a magnetic moment in the object by generating (in space) an external magnetic field in an environment of the object.
  • the object can be diamagnetic or paramagnetic. It is preferably in a designated position.
  • the force resulting from the induced magnetic moment is used to simulate gravity.
  • the object can also be easily fixed in the universe, for example, or moved in an intended direction, or the object, if it is a living being, can implement biological processes (e.g., growth) under earth-like conditions.
  • the magnetic moment m (x, y, z) induced in the object at a point (x, y, z) can be calculated from the generated magnetic field (or its magnetic flux density) B (x, y, z).
  • the magnetic susceptibility ⁇ of the object whose volume V and the magnetic field constant (or the magnetic permeability of the vacuum) ⁇ 0 are determined.
  • the force F is directed parallel to the axis of symmetry of the magnetic field.
  • the z coordinate a coordinate system whose one axis (referred to herein as the z coordinate) runs along this symmetry axis
  • z is a point on the symmetry axis of the magnetic field
  • B ( z ):
  • B (0, 0, z) is the strength of the magnetic field inz, B ' ( z ) the associated derivative and V the volume of the object.
  • denotes the density of the object; for further details refer to the above article by MV Berry and AK Geim
  • a method according to the invention comprises setting a value or a range of values for a gravitational force to be simulated, acting on the (diamagnetic or non-diamagnetic) object (or setting a desired value or value range for an acceleration a ) .
  • the method further comprises determining at least one parameter value influencing the external magnetic field, with which the specified value or value range can be effected, and controlling the at least one parameter value.
  • a proposed or suitable for a specific case simulated gravity can be realized.
  • a respectively suitable value or value range for the simulated acceleration due to gravity can be selected and implemented.
  • the at least one parameter value may define, for example, a position and / or a distance of elements in a magnet device that can be used for generating the external magnetic field, and / or - if a magnet device used comprises an electromagnet - a voltage to be applied.
  • the determination of the at least one parameter value preferably takes place object-specifically taking into account the volume V and / or material of the (respective) object (eg the density ⁇ of its material and / or its magnetic susceptibility ⁇ ).
  • the at least one parameter value preferably influences the magnetic field and thus the product B ⁇ B or (in the case of a homogeneous or rotationally symmetrical magnetic field) the product B ( z ) B ' ( z ). It is advantageously determined so that the force (for example in the above formulas the product ⁇ ⁇ V ⁇ 0 B ⁇ B or ⁇ ⁇ V ⁇ 0 B (z) B '(z)) or the acceleration resulting therefrom assumes the specified value or value range.
  • an expansion range within the external magnetic field can be determined, in which then a fixed minimum value (as a lower bound of a specified value range) of the simulated gravity can be realized:
  • a variable range for z can be set in which specified range of values is achieved.
  • the at least one parameter value By means of checking the at least one parameter value, it is ensured that the at least one parameter is set at a magnetic device used for generating the external magnetic field in such a way that the defined value or value range for the simulated gravitational force is achieved.
  • the controlling can be Compare with at least one (eg for another object or another set value or value range) set parameter value include. If this deviates from the set value (at least one) set by the respective (at least one) specific parameter value, preferably a respective setting can be changed.
  • the method may allow simulating gravity of different strengths and / or for different (diamagnetic or non-diamagnetic) objects.
  • the external magnetic field is generated by means of a device according to the invention in accordance with an embodiment disclosed in this document.
  • a device serves to generate force acting on an object (eg a simulated gravity of the object in space).
  • the device comprises a magnetic device having at least two relatively movable elements and is adapted to generate an external (ie lying in an environment of the object) magnetic field and thus to induce a magnetic moment in the object; This moment determines the force acting on the object.
  • the external magnetic field can preferably be manipulated, for example with regard to its strength and / or direction.
  • a course of the field lines describing the magnetic field can be influenced and / or at least one parameter value can be influenced as explained above.
  • the generated magnetic field is (at least) rotationally symmetrical or homogeneous at least in a partial region.
  • the at least two elements are rotationally symmetrical about the same axis and / or arranged symmetrically to at least one plane.
  • a device thus makes it possible to effect a magnetic field which is suitable or defined in the respective case, thus of the magnetic moment induced in the respective object and thus of the force acting on the object.
  • Magnetic center in this document refers to a region in which the strength of the magnetic field is at its maximum or, for example, deviates from its maximum by at most 15% or at most 10%, more preferably at most 5%.
  • the device When using the device on the ground, the device is preferably oriented so that the magnetic center (or an axis of symmetry) of the generated magnetic field (preferably rotationally symmetric or homogeneous in at least one subarea) extends vertically.
  • the object is preferably diamagnetic, and which then makes it possible, in particular, to effect a diamagnetic levitation, the second partial derivatives of the magnetic flux density must each be positive for stability of the generated force; by means of a suitable positioning of the elements relative to one another, it is also possible for this property of the generated external magnetic field to be achieved in a suitable range for z (in the magnetic center or, if present, along an axis of symmetry of the magnetic field.
  • a device offers a flexible scope for generating a on a respective object acting force.
  • the object may preferably be diamagnetic or paramagnetic.
  • the at least two (relatively movable) elements preferably comprise at least one magnet and / or at least one shielding element for deforming a magnetic field.
  • the at least two elements may, for example, comprise at least one permanent magnet; these are particularly easy to handle and particularly suitable in cases where a force to be generated can be relatively small, for example for objects in the field of microfluidics and / or when using the device for simulating gravity in space.
  • At least one of the relatively movable elements may be a current-carrying coil, so an electromagnet. Such magnets can be controlled very well.
  • the at least two elements may comprise at least one superconducting magnet; Such superconducting magnets are particularly suitable for generating particularly strong magnetic fields.
  • the at least two elements may comprise at least one (eg water-cooled) bitter magnet and / or at least one hybrid magnet; with them can be especially large values for
  • this comprises at least one quadrupole magnet;
  • This embodiment has the advantage that the profile of the magnetic field to be generated with it is particularly uniform and predictably focusing.
  • the at least two elements comprise at least one shielding element, at least one ferromagnetic inserting element and / or at least one graphite plate.
  • Such elements have, in cooperation with one or more magnetic elements - or a large influence on a box profile and thus to the product B (x, y, z) ⁇ B (x, y, z) - depending on the respective distance.
  • Ferromagnetic insert elements may comprise, for example, an iron ring and / or an iron disk, which may preferably be arranged within a coil of an electromagnet and coaxially with the coil at a positive distance from each other; the distance may be, for example, in a range of 0.5 cm to 2 cm and preferably be variable.
  • can be considerably increased in the area between such insert elements with little effort.
  • the generation of the external magnetic field can be carried out in particular with two, three or more coils of respective electromagnets.
  • the coils are preferably arranged coaxially and in the direction of a common axis relative to each other movable (in particular axially displaceable). At least one or at least two of the coils may preferably be superconducting. In the axial direction, the coils may have different extensions from each other.
  • a first coil (as a first one of the elements) is arranged around a second coil (second of the elements).
  • the first coil can have a greater or smaller extent in the axial direction than the second coil.
  • the relatively movable elements comprise two coaxially arranged coils of electromagnets, a first of which is arranged around the second, and wherein the relatively movable elements also a third, with the other two also coaxially arranged coil comprise an electromagnet.
  • the third coil is preferably arranged offset in the axial direction to the second coil and slidable in the axial direction.
  • a through one of the coils (preferably the third coil) generated or generated magnetic field is advantageously directed against a generated or generated by the respective other coils (essentially rotationally symmetric) magnetic field opposite. This can be a great value
  • a spacing of the coils in the axial direction from one another can preferably be selected and set such that the value for
  • Suitable values for B (x, y, z) ⁇ B (x, y, z) resp. for B ( z ) B '( z ) can preferably be selected depending on the application by a suitable positioning of the at least two elements.
  • An advantageous embodiment of a method according to the invention comprises changing a position of at least two relatively movable elements of a used magnetic device relative to each other (for example, changing a distance of the elements from each other).
  • the object may be a first object
  • the method may further comprise simulating a gravitational force acting on a second object other than the first object in space.
  • a change in the position of the movable elements relative to each other can take place, for example, taking into account the material, the shape and / or at least one dimension of the second object.
  • it may comprise reading out at least one value suitable for the second object for a distance of the elements from one another from a table or database, in which preferably several materials, shapes and / or dimensions are each associated with at least one suitable distance, and adjusting the distance according to the value read out.
  • the at least two apply to at least one first positioning Elements relative to each other in at least a portion of a magnetic field that can be generated by the magnetic device (possibly with a suitably applied voltage) B ( z ) B ' ( z ) ⁇ -100 T 2 / m, more preferably B ( z ) B' ( z ) ⁇ 450 T 2 / m, more preferably B ( z ) B ' ( z ) ⁇ - 1500 T 2 / m.
  • a wide range of values to be set for B ( z ) B '( z ) hereby means a device which can be used particularly flexibly with regard to the various objects.
  • a device according to the invention which generates a magnetic field which is substantially rotationally symmetrical in at least one subregion, at least one second positioning of the at least two elements relative to one another (and possibly for a second suitably applied voltage) in at least one subregion magnetic field generatable by the magnet device -250 T 2 / m ⁇ B ( z ) B '( z ), more preferably -100 T 2 / m ⁇ B ( z ) B' ( z ), even more preferably 0 ⁇ B (z) B ' (z) applies.
  • the second positioning may be different from the first or - in the case of a changed applied voltage - agree with it.
  • a device according to the invention may be embedded in a test track, which may comprise further stations, e.g. to carry out further experiments.
  • the apparatus may comprise a test chamber which may be located in the center of a magnetic field that can be generated by the magnetic device and into which the (e.g., diamagnetic) object may be conveyed manually or automatically (e.g., by a gas or liquid flow).
  • a test chamber which may be located in the center of a magnetic field that can be generated by the magnetic device and into which the (e.g., diamagnetic) object may be conveyed manually or automatically (e.g., by a gas or liquid flow).
  • a device according to the invention comprises at least one cooling device.
  • a device for controlling a temperature of the magnetic device and / or of its environment includes, with which the cooling device can be preferably controlled.
  • a cooling preferably also still controlling a temperature of the magnetic device and / or its environment, and preferably controlling the temperature.
  • Such an embodiment having a cooling device or cooling makes it possible to generate a particularly strong magnetic field or particularly large values for the product B ( z ) B ' ( z ), so that, for example, objects with small magnetic susceptibility (and / or larger Mass) can be levitated or accelerated in the sense of a simulated gravity in space to desired values.
  • the cooling can prevent harmful effects of heat on the respective object or at least reduce.
  • An inventive spacecraft or a space station according to the invention comprises a device according to the invention in accordance with one of the embodiments disclosed in this document.
  • the inventive device for generating force acting on a subject comprises a cooling device as mentioned above, wherein the cooling device preferably has a cold supply from an external environment of the spacecraft or the space station to the magnetic device.
  • the cooling device preferably has a cold supply from an external environment of the spacecraft or the space station to the magnetic device.
  • An inventive tank of a spacecraft comprises a device according to the invention according to one of the embodiments disclosed in this document for effecting a force acting on a (in particular diamagnetic) fuel contained in the tank;
  • the fuel thus represents the object.
  • the magnetic device is aligned so that the said force acts in the direction of a tank outlet.
  • the device or the magnetic device can thereby be arranged wholly or partly inside the tank space or outside thereof.
  • the object is a fuel contained in a tank and the gravity is simulated in the direction of a tank outlet.
  • the FIG. 1 shows (simplified as a functional diagram) a section of a test track 10, which is adapted to be used in a spacecraft or a space station for performing experiments.
  • the test section comprises schematically illustrated experimental stations 20, 20 ', and - between these experimental stations 20, 20' arranged - a device 100 for simulating gravity according to a method of the invention.
  • the experimental stations 20, 20 ' are connected via an object line 40 or 40' to the device 100 (as another station); through the respective object line, which is realized in the form of a tube in the example shown, can (for example with the aid of a gas and / or Liquid stream) transported an object and thus be forwarded from station to station, where it can be examined or treated.
  • the device 100 comprises a magnetic device 110, which in the example shown comprises a simple coil 120 as electromagnet; Alternatively or additionally, the device could comprise, for example, at least one further coil arranged coaxially with the coil shown, at least one ferromagnet and / or at least one quadrupole magnet. In particular, the device 100 could replace the coil 120 in the FIG. 2 shown magnetic device with the coils 220, 230 and 240 or in FIG. 3 shown magnetic device with the movable magnets 310, 310 'and graphite plates 320, 320' include.
  • a test chamber 130 is arranged, into and out of which leads to the object line 40, 40 '.
  • gravity can be simulated on an object in the test chamber with the aid of the magnet device.
  • the device 100 shown further comprises a shield 115 for electromagnetic radiation, which is arranged in an environment of the magnetic device 110 and shown schematically in the figure. This serves to prevent that the strong magnetic radiation of the magnetic device penetrates into other subsystems of the test track or a spacecraft or a space station in which the test track 10 can be arranged and influences these subsystems.
  • the coil 120 is connected via at least one cable 125 to a power source 142 and a control control device 144, which in the example shown together in a supply and control device 140 are included;
  • a supply and control device 140 may in particular comprise a data memory in which comparison values may be stored, for example for regulating a temperature and / or for automatic adjustment of a voltage to be applied.
  • the power source 142 may be connected to its or its energy source (not shown).
  • the energy source is adjustable, in particular advantageously has a possibility for manual and / or automated adjustment of a supply voltage for the electromagnet 120.
  • the supply and control means 140 may preferably include a moving means for automatically or manually moving the members relative to each other include;
  • the device 100 can be suitably adapted to desired conditions and / or respective objects with their properties.
  • the external temperature control device 152 is preferably configured to receive the temperature of the outside environment; Via temperature lines 156, the temperature can be conducted to the inner temperature control device 154 and from there via temperature lines 158 to the electromagnet 120, which can be cooled quickly and efficiently.
  • the inner temperature control device 154 preferably comprises a measuring device for detecting the temperature of the electromagnet, and the respectively detected temperature is preferably transmitted to the control device 144, which according to an advantageous embodiment with the data thus obtained (eg after comparison with control data from a data memory) Cooling by the cooling device 150 controls.
  • FIG. 2 an example of a device 200 according to the invention for generating a force acting on an object 5 is shown.
  • the object 5 is arranged in the example shown within a test chamber 130, which analogous to in FIG. 1 shown example to object lines 40, 40 'are connected or can be.
  • the force to be generated by the device can simulate gravity acting on the object, when used on the earth, the force of gravity can be counteracted and thus levitation of the object 5 can be realized; in this case, the device is preferably to be oriented such that the central axis A of the coaxial coils 220, 230, 240 (which are relatively movable elements of a magnet device) is vertical.
  • the coils 220, 230, 240 are preferably to be connected to or already connected to at least one energy source whose supply voltage is advantageously adjustable; preferred is an embodiment in which the respective supply voltage for the individual coils 220, 230, 240 is individually adjustable.
  • a current flow can preferably be set in the coil 240, which counteracts a current flow in the coils 220 and 230.
  • the cylindrical coils 220 and 230 (of which the coil 230 has a smaller axial extent than the coil 220, around which the coil 230 extends) can thus preferably a first external magnetic field are generated, which a second magnetic field with the in axial direction to the coils 220, 230 staggered, also cylindrically shaped coil 240 can be generated, is directed opposite.
  • the external magnetic field resulting from the superposition of the first and second magnetic fields induces a magnetic moment in the object 5. From this magnetic moment results the mentioned force acting on the object.
  • the coil 240 is preferably relative to the coils 220, 230 in axial Direction movable; Alternatively or additionally, the coils 220, 230 arranged around one another can also be movable relative to one another.
  • the said superimposition of the magnetic fields can be manipulated and, in particular for the resulting external magnetic field, the course (and the derivative) of the function B (z) in the direction z along the central axis A can be changed; where B ( z ) is in each case the amount of the magnetic flux density of the resulting from the superpositions of the individual magnetic fields outer magnetic field.
  • an axial distance can be set between the coils 220 and 240 up to a diameter of the inner coil 220 or further.
  • the movement of the coils relative to one another may be possible manually and / or automatically;
  • the device may include a moving means (not shown) (e.g., an electric motor).
  • FIG. 3 By way of example, a further embodiment of a device 300 according to the invention for generating a force acting on an object 5 is shown.
  • the object 5 is again arranged inside a test chamber 130, which is analogous to that in FIG FIG. 1 shown example to object lines 40, 40 'are connected or can be.
  • the device 300 comprises a magnetic device which comprises two permanent magnets 310, 310 'with facing surfaces. Between the facing surfaces are two graphite plates 320, 320 'are arranged, which also have mutually facing surfaces; between these surfaces is the test chamber 130.
  • the graphite plates serve one targeted influencing of the (the object 5 surrounding and therefore "outer") magnetic field.
  • the mutually facing surfaces of the permanent magnets 310, 310 'and the graphite plates 320, 320' lie on parallel planes and are movable relative to one another by means of rails 315, 315 '.
  • the distance between the permanent magnets 310 and 310 ', the distance between the graphite plates 320, 320' and the distances between permanent magnets and graphite plates can be changed; in the terminology used in this document are therefore in the in the FIG. 3 illustrated embodiment, the permanent magnets and the graphite plates, the relatively movable elements.
  • the magnetic field and thus the product B ( z ) B '( z ) for the respective object (with its own properties) can be optimized.
  • the movement of the elements relative to one another may be possible manually and / or automatically;
  • the device may comprise a movement device (not shown) (eg an electric motor).
  • a device according to the invention has only exactly one permanent magnet and / or exactly one graphite plate as relatively movable elements.
  • the permanent magnets (n) and the graphite plate (s) are each preferably stacked (as shown) in a vertical direction.
  • a method according to the invention serves to simulate a gravitational force acting on an object 5 in space. It includes generating an external magnetic field in an environment of the object. This induces a magnetic moment in the object.
  • a device (200, 300) according to the invention serves to generate a force acting on an object 5.
  • the device comprises a magnet device for generating an external magnetic field in an environment of the object and thus for inducing a magnetic moment in the object.
  • the magnetic device has at least two Elements 220, 230, 240, 310, 310 ', 320, 320', which are movable relative to each other for adjusting the external magnetic field.
  • FIGS. 4a and 4b show simplified views of two embodiments of a device according to the invention 400a or 400b:
  • Each of these devices comprises two coaxially arranged in each other coils of electromagnets which rotate around a respective test chamber:
  • these test coils 130a, 220a, 230a as well as an outer wall of the test chamber 130a are formed substantially along the peripheral surface of each circular cylinder, whereas the corresponding coils 220b, 230b and the outer wall of the test chamber 130b are shown in FIG FIG. 4b shown embodiment 400b are formed substantially along the lateral surface of a respective circular cone.
  • the respective common central axis (rotational symmetry axis) is in the FIGS. 4a, 4b not shown.
  • the respectively arranged inside coil 220a or 220b has (with respect to this central axis) has a greater axial extent than the respective outer coil 230a and 230b.
  • each of the coils 240', 240 is a respective permanent magnet 330 ', 330th
  • the permanent magnets 330 ', 330 are also preferably movable relative to each other in the axial direction (not shown), their distance from each other (and thus limited by them, the coil and the test chamber chamber) is thus adjustable.
  • the coils 220a, 230a, 240 'and 240 "(or 220b, 230b, 240', 240") are preferably to be connected to or already connected to at least one (not shown) energy source whose supply voltage is advantageously adjustable; advantageous is an embodiment in which the respective supply voltage for the individual coils is individually adjustable.
  • a current flow can preferably be set in the coils 240 ', 240 ", which counteracts a current flow in the coils 220a and 230a (or 220b, 230b).
  • the (external) magnetic field resulting from the superimposition of the magnetic fields of the coils 220a, 230a, 240 'and 240 "(or 220b, 230b, 240', 240") and the permanent magnet induces a magnetic moment in the object 5. From this magnetic moment, the said force acting on the object 5 results.
  • the force can preferably be suitably set up to match the object (for example, its material, its shape and / or its dimensions).
  • the object 5 can be hovered in this way, for example, when used in space can be simulated by generating the force acting on the object 5 gravity (an adjustable strength).

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient einem Simulieren einer auf ein Objekt (5) wirkenden Schwerkraft im Weltall. Es umfasst ein Induzieren eines magnetischen Moments in dem Objekt mittels eines Generierens eines äußeren Magnetfelds in einer Umgebung des Objekts. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung (200, 300) dient einem Erzeugen einer auf ein Objekt (5) wirkenden Kraft. Die Vorrichtung umfasst eine Magneteinrichtung zum Generieren eines äußeren Magnetfeldes in einer Umgebung des Objektes und damit zum Induzieren eines magnetischen Moments in dem Objekt. Die Magneteinrichtung weist mindestens zwei Elemente (220, 230, 240, 310, 310', 320, 320') auf, die zum Einstellen des äußeren Magnetfeldes relativ zueinander beweglich sind.A method according to the invention serves to simulate a gravitational force acting on an object (5) in space. It includes inducing a magnetic moment in the object by generating an external magnetic field in an environment of the object. A device (200, 300) according to the invention serves to generate a force acting on an object (5). The device comprises a magnet device for generating an external magnetic field in an environment of the object and thus for inducing a magnetic moment in the object. The magnet device has at least two elements (220, 230, 240, 310, 310 ', 320, 320') which are movable relative to each other for adjusting the external magnetic field.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Simulieren einer auf ein Objekt wirkenden Schwerkraft im Weltall und eine Vorrichtung zum Erzeugen von auf ein Objekt wirkender Kraft.The invention relates to a method for simulating a gravitational force acting on an object in space and a device for generating force acting on an object.

Das künstliche Erzeugen einer kontaktfrei auf ein Objekt wirkenden Kraft ist für vielfältige Anwendungsgebiete von Interesse. Insbesondere ist das Fehlen der Erdanziehungskraft im Weltall bei einer Vielzahl von Operationen problematisch. Ein Simulieren der Schwerkraft ist derzeit nur sehr eingeschränkt bzw. mit großem Aufwand möglich, insbesondere durch Erzeugen einer Rotation und Ausnutzen der daraus resultierenden Zentrifugalkraft.The artificial generation of a contact-free force acting on an object is of interest for a variety of applications. In particular, the lack of gravitational force in space is problematic in a variety of operations. A simulation of gravity is currently only very limited or possible with great effort, in particular by generating a rotation and exploiting the resulting centrifugal force.

Die vorliegende Erfindung hat insbesondere die Aufgabe, eine alternative Technik zu entwickeln, mit der die Erdanziehungskraft im Weltall simuliert werden kann.The object of the present invention is, in particular, to develop an alternative technique with which the gravitational force in space can be simulated.

Eine mit einer solchen Technik generierte Kraft kann umgekehrt bei Anwendung auf der Erde vorzugsweise der Schwerkraft entgegen gerichtet werden. So kann ein Objekt beispielsweise zum Schweben gebracht und/oder reibungsfrei oder zumindest reibungsarm beschleunigt werden.Conversely, a force generated by such a technique, when applied to the earth, may preferably be counteracted by gravity. For example, an object can be levitated and / or accelerated without friction or at least with low friction.

Zum Bewirken eines derartigen Schwebens auf der Erde ist es unter anderem bekannt (siehe z.B. M.V. Berry und A.K. Geim: "Of flying frogs and levitrons" in Eur. J. Phys. 18 (1997), Seiten 307 - 313 ), Magnetfelder auszunutzen, und zwar auch im Falle von nicht ferromagnetischen Objekten: So kann insbesondere für diamagnetische Objekte innerhalb entsprechender Magnetfelder die Schwerkraft kompensiert werden und die Objekte damit zum Schweben gebracht werden. Die hierzu herkömmlich verwendeten Vorrichtungen sind jedoch in der Anwendung wenig flexibel insbesondere in Bezug auf eine Bandbreite verschiedener oder sogar verschiedenartiger Objekte, die damit zum Schweben gebracht werden können.For effecting such hovering on the earth, it is known, inter alia (see, eg MV Berry and AK Geim: "Flying frogs and levitrons" in Eur. J. Phys. 18 (1997), pages 307-313 ), Even in the case of non-ferromagnetic objects: Thus, especially for diamagnetic objects within corresponding magnetic fields, the gravitational force can be compensated and the objects are made to float. However, the devices conventionally used for this purpose are not very flexible in use, in particular with respect to a Range of different or even different objects that can be levitated.

Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Bewirken eines Schwebens von Objekten bereitzustellen.It is therefore another object of the present invention to provide an improved device for effecting levitation of objects.

Die Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, den Figuren und der Beschreibung offenbart.The objects are achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 5. Advantageous embodiments are disclosed in the subclaims, the figures and the description.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient einem Simulieren einer auf ein Objekt wirkenden Schwerkraft im Weltall. Das Verfahren umfasst ein Induzieren eines magnetischen Moments in dem Objekt mittels eines (im Weltall durchgeführten) Generierens eines äußeren Magnetfelds in einer Umgebung des Objekts.A method according to the invention serves to simulate a gravitational force acting on an object in space. The method comprises inducing a magnetic moment in the object by generating (in space) an external magnetic field in an environment of the object.

Das Objekt kann dabei diamagnetisch oder paramagnetisch sein. Es befindet sich vorzugsweise in einer vorgesehenen Position.The object can be diamagnetic or paramagnetic. It is preferably in a designated position.

Erfindungsgemäß wird somit die aus dem induzierten magnetischen Moment resultierende Kraft zum Simulieren der Schwerkraft verwendet. Dadurch kann das Objekt auch im Weltall auf einfache Weise beispielsweise fixiert oder in eine vorgesehene Richtung bewegt werden, oder das Objekt kann, wenn es ein Lebewesen ist, biologische Prozesse (z.B. Wachstum) unter erdähnlichen Bedingungen umsetzen.Thus, according to the invention, the force resulting from the induced magnetic moment is used to simulate gravity. Thereby, the object can also be easily fixed in the universe, for example, or moved in an intended direction, or the object, if it is a living being, can implement biological processes (e.g., growth) under earth-like conditions.

Wie sich zeigen lässt, kann das in dem Objekt in einem Punkt (x,y,z) induzierte magnetische Moment m(x,y,z) aus dem generierten Magnetfeld (bzw. seiner magnetischen Flussdichte) B(x,y,z), ferner der magnetischen Suszeptibilität χ des Objekts, dessen Volumen V und der magnetischen Feldkonstante (bzw. der magnetischen Permeabilität des Vakuums) µ0 bestimmt werden.As can be shown, the magnetic moment m (x, y, z) induced in the object at a point (x, y, z) can be calculated from the generated magnetic field (or its magnetic flux density) B (x, y, z). , the magnetic susceptibility χ of the object whose volume V and the magnetic field constant (or the magnetic permeability of the vacuum) μ 0 are determined.

Beispielsweise für diamagnetische Materialen (die eine magnetische Suszeptibilität χ < 0 aufweisen) ergibt sich mit B(x,y,z) := | B(x,y,z) | in der Schwerelosigkeit die Kraft F = χ V μ 0 B B .

Figure imgb0001
For example, for diamagnetic materials (which have a magnetic susceptibility χ <0) results with B (x, y, z): = | B (x, y, z) | in weightlessness the power F = χ V μ 0 B B ,
Figure imgb0001

Ist das Magnetfeld mindestens in einem Teilbereich (im Wesentlichen) homogen bzw. rotationssymmetrisch, so ist die Kraft F parallel zur Symmetrieachse des Magnetfeldes gerichtet. Bei geeignet gewähltem Koordinatensystem, dessen eine Achse (die hier als z-Koordinate bezeichnet wird) entlang dieser Symmetrieachse verläuft, ist entlang dieser Achse die entsprechende z-Komponente von F gegeben durch die Gleichung F z = χ V μ 0 B z z ;

Figure imgb0002
dabei ist z ein Punkt auf der Symmetrieachse des Magnetfeldes, B(z):= |B(0,0,z) | = B (0, 0, z) ist die Stärke des Magnetfelds inz, B'(z) die zugehörige Ableitung und V das Volumen des Objekts. Die Beschleunigung a bestimmt sich daraus zu a = χ ρ μ 0 B z z ,
Figure imgb0003
wobei ρ die Dichte des Objekts bezeichnet; für weitere Einzelheiten sei auf den oben genannten Artikel von M.V. Berry und A.K. Geim verwiesen.If the magnetic field is (at least) substantially homogeneous or rotationally symmetrical at least in a partial region, the force F is directed parallel to the axis of symmetry of the magnetic field. Given a suitably chosen coordinate system whose one axis (referred to herein as the z coordinate) runs along this symmetry axis, along this axis is the corresponding z component of F given by the equation F z = χ V μ 0 B z B ' z ;
Figure imgb0002
where z is a point on the symmetry axis of the magnetic field, B ( z ): = | B (0,0, z ) | = B (0, 0, z) is the strength of the magnetic field inz, B ' ( z ) the associated derivative and V the volume of the object. The acceleration a is determined from this a = χ ρ μ 0 B z B ' z .
Figure imgb0003
where ρ denotes the density of the object; for further details refer to the above article by MV Berry and AK Geim.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Festlegen eines Wertes (bzw. Betrags) oder eines Wertebereichs für eine zu simulierende, auf das (diamagnetische oder nicht-diamagnetische) Objekt wirkende Schwerkraft (bzw. ein Festlegen eines angestrebten Wertes oder Wertebereichs für eine Beschleunigung a). Vorzugsweise umfasst das Verfahren darüber hinaus ein Bestimmen mindestens eines das äußere Magnetfeld beeinflussenden Parameterwertes, mit dem der festgelegte Wert bzw. Wertebereich bewirkt werden kann, und ein Kontrollieren des mindestens einen Parameterwertes.According to an advantageous embodiment, a method according to the invention comprises setting a value or a range of values for a gravitational force to be simulated, acting on the (diamagnetic or non-diamagnetic) object (or setting a desired value or value range for an acceleration a ) . Preferably, the method further comprises determining at least one parameter value influencing the external magnetic field, with which the specified value or value range can be effected, and controlling the at least one parameter value.

So kann eine für einen speziellen Fall vorgesehene bzw. geeignete simulierte Schwerkraft realisiert werden. Insbesondere kann ein jeweils geeigneter Wert bzw. Wertebereich für die simulierte Erdbeschleunigung gewählt und realisiert werden.Thus, a proposed or suitable for a specific case simulated gravity can be realized. In particular, a respectively suitable value or value range for the simulated acceleration due to gravity can be selected and implemented.

Der mindestens eine Parameterwert kann beispielsweise eine Position und/oder einen Abstand von Elementen in einer Magneteinrichtung festlegen, die zum Generieren des äußeren Magnetfeldes verwendet werden kann, und/oder - sofern eine verwendete Magneteinrichtung einen Elektromagneten umfasst - eine anzulegende Spannung.The at least one parameter value may define, for example, a position and / or a distance of elements in a magnet device that can be used for generating the external magnetic field, and / or - if a magnet device used comprises an electromagnet - a voltage to be applied.

Das Bestimmen des mindestens einen Parameterwertes erfolgt vorzugsweise objektspezifisch unter Berücksichtigung des Volumens V und/oder Materials des (jeweiligen) Objekts (z.B. der Dichte ρ seines Materials und/oder seiner magnetischen Suszeptibilität χ). Der mindestens eine Parameterwert beeinflusst dabei vorzugsweise das Magnetfeld und damit das Produkt B∇B bzw. (im Falle eines homogenen bzw. rotationssymmetrischen Magnetfelds) das Produkt B(z)B'(z). Er wird vorteilhafterweise so bestimmt, dass die Kraft (beispielsweise in den obigen Formeln das Produkt χ V μ 0

Figure imgb0004
B∇B bzw. χ V μ 0
Figure imgb0005
B(z)B'(z)) bzw. die sich daraus jeweils ergebende Beschleunigung den festgelegten Wert bzw. Wertebereich annimmt.The determination of the at least one parameter value preferably takes place object-specifically taking into account the volume V and / or material of the (respective) object (eg the density ρ of its material and / or its magnetic susceptibility χ ). The at least one parameter value preferably influences the magnetic field and thus the product B∇B or (in the case of a homogeneous or rotationally symmetrical magnetic field) the product B ( z ) B ' ( z ). It is advantageously determined so that the force (for example in the above formulas the product χ V μ 0
Figure imgb0004
B∇B or χ V μ 0
Figure imgb0005
B (z) B '(z)) or the acceleration resulting therefrom assumes the specified value or value range.

Insbesondere kann ein Ausdehnungsbereich innerhalb des äußeren Magnetfeldes bestimmt werden, in dem dann ein festgelegter minimaler Wert (als untere Schranke eines festgelegten Wertebereichs) der simulierten Schwerkraft verwirklicht werden kann: So kann beispielsweise mit der obigen Formel ein Variablenbereich für z festgelegt werden, in dem der festgelegte Wertebereich erreicht wird.In particular, an expansion range within the external magnetic field can be determined, in which then a fixed minimum value (as a lower bound of a specified value range) of the simulated gravity can be realized: Thus, for example, with the above formula, a variable range for z can be set in which specified range of values is achieved.

Mittels des Kontrollierens des mindestens einen Parameterwertes wird sichergestellt, dass der mindestens eine Parameter an einer für das Generieren des äußeren Magnetfeldes verwendeten Magneteinrichtung so eingestellt ist, dass der festgelegte Wert bzw. Wertebereich für die simulierte Schwerkraft erreicht wird. Das Kontrollieren kann ein Vergleichen mit mindestens einem (z.B. für ein anderes Objekt oder ein en anderen festgelegten Wert bzw. Wertebereich) eingestellten Parameterwert umfassen. Weicht dieser mindestens eine eingestellte von dem jeweiligen (mindestens einen) bestimmten Parameterwert ab, kann vorzugsweise eine jeweilige Einstellung geändert werden.By means of checking the at least one parameter value, it is ensured that the at least one parameter is set at a magnetic device used for generating the external magnetic field in such a way that the defined value or value range for the simulated gravitational force is achieved. The controlling can be Compare with at least one (eg for another object or another set value or value range) set parameter value include. If this deviates from the set value (at least one) set by the respective (at least one) specific parameter value, preferably a respective setting can be changed.

So kann das Verfahren ein Simulieren von Schwerkraft unterschiedlicher Stärke und/oder für verschiedene (diamagnetische oder nicht diamagnetische) Objekte ermöglichen.Thus, the method may allow simulating gravity of different strengths and / or for different (diamagnetic or non-diamagnetic) objects.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird das äußere Magnetfeld mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer in dieser Schrift offenbarten Ausführungsform generiert.According to an advantageous embodiment of a method according to the invention, the external magnetic field is generated by means of a device according to the invention in accordance with an embodiment disclosed in this document.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung dient einem Erzeugen von auf ein Objekt wirkender Kraft (z.B. einer simulierten Schwerkraft des Objekts im Weltall). Die Vorrichtung umfasst eine Magneteinrichtung, die mindestens zwei relativ zueinander bewegliche Elemente aufweist und dazu eingerichtet ist, ein äußeres (d.h. in einer Umgebung des Objektes liegendes) Magnetfeld zu generieren und damit im Objekt ein magnetisches Moment zu induzieren; dieses Moment bedingt dabei die auf das Objekt wirkende Kraft. Mittels einer geeigneten Positionierung der Elemente relativ zueinander kann das äußere Magnetfeld vorzugsweise manipuliert werden, beispielsweise hinsichtlich seiner Stärke und/oder Richtung. Insbesondere kann durch eine entsprechende Positionierung vorzugsweise ein Verlauf der das Magnetfeld beschreibenden Feldlinien beeinflusst werden und/oder mindestens ein Parameterwertes wie oben dargelegt beeinflusst werden. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das generierte Magnetfeld mindestens in einem Teilbereich (im Wesentlichen) rotationssymmetrisch bzw. homogen ausgebildet wird. Insbesondere vorteilhaft ist eine Ausführungsbeispiel, bei dem die mindestens zwei Elemente rotationssymmetrisch um dieselbe Achse ausgebildet und/oder symmetrisch zu mindestens einer Ebene angeordnet sind.A device according to the invention serves to generate force acting on an object (eg a simulated gravity of the object in space). The device comprises a magnetic device having at least two relatively movable elements and is adapted to generate an external (ie lying in an environment of the object) magnetic field and thus to induce a magnetic moment in the object; This moment determines the force acting on the object. By means of a suitable positioning of the elements relative to each other, the external magnetic field can preferably be manipulated, for example with regard to its strength and / or direction. In particular, by appropriate positioning, a course of the field lines describing the magnetic field can be influenced and / or at least one parameter value can be influenced as explained above. An embodiment is preferred in which the generated magnetic field is (at least) rotationally symmetrical or homogeneous at least in a partial region. Particularly advantageous is an embodiment in which the at least two elements are rotationally symmetrical about the same axis and / or arranged symmetrically to at least one plane.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt somit ein Bewirken eines im jeweiligen Fall geeigneten oder festgelegten Magnetfeldes, somit des im jeweiligen Objekt induzierten magnetischen Moments und damit der auf das Objekt wirkenden Kraft. Insbesondere kann mittels der Positionierung der Elemente (sowie ggf. weiterer Parameter, wie beispielsweise einer anzulegenden Spannung, falls die Magneteinrichtung einen Elektromagneten umfasst) die Funktion der magnetischen Flussdichte (x,y,z) ↦ B(x,y,z) und damit auch das oben definierte Produkt B x y z B x y z bzw . B z z

Figure imgb0006
beeinflusst werden. Physikalische Ergebnisse zeigen, dass dieses Produkt (neben objektspezifischen Eigenschaften wie Volumen, Abmessungen, Form, Dichte und magnetische Suszeptibilität des Objekts) die im jeweiligen Punkt (x,y,z) in einem magnetischen Zentrum der Magneteinrichtung erzeugte Kraft bzw. - bei einem rotationssymmetrischen Magnetfeld - die im Punkt z auf der Symmetrieachse erzeugte Kraft maßgeblich bestimmt; als "magnetisches Zentrum" wird dabei in dieser Schrift ein Bereich bezeichnet, in dem die Stärke des Magnetfelds maximal ist oder z.B. höchstens 15% oder höchstens 10%, bevorzugter höchstens 5% von ihrem Maximum abweicht. Bei Verwendung der Vorrichtung auf der Erde wird die Vorrichtung vorzugsweise so ausgerichtet, dass das magnetische Zentrum (bzw. eine Symmetrieachse) des generierten (vorzugsweise in mindestens einem Teilbereich rotationssymmetrischen bzw. homogenen) Magnetfeldes vertikal verläuft. Bei einer derartigen Verwendung auf der Erde, bei der das Objekt vorzugsweise diamagnetisch ist und die dann insbesondere ein Bewirken eines diamagnetischen Schwebens ermöglicht, müssen für eine Stabilität der erzeugten Kraft zudem die zweiten partiellen Ableitungen der magnetischen Flussdichte jeweils positiv sein; mit Hilfe einer geeigneten Positionierung der Elemente relativ zueinander kann vorzugsweise in einem geeigneten Bereich für z (im magnetischen Zentrum, bzw. - sofern vorhanden - entlang einer Symmetrieachse des Magnetfeldes) auch diese Eigenschaft des erzeugten äußeren Magnetfeldes erzielt werden.A device according to the invention thus makes it possible to effect a magnetic field which is suitable or defined in the respective case, thus of the magnetic moment induced in the respective object and thus of the force acting on the object. In particular, by means of the positioning of the elements (and possibly further parameters, such as a voltage to be applied if the magnet device comprises an electromagnet), the function of the magnetic flux density (x, y, z) ↦ B (x, y, z) and thus also the product defined above B x y z B x y z respectively , B z B ' z
Figure imgb0006
to be influenced. Physical results show that this product (in addition to object-specific properties such as volume, dimensions, shape, density and magnetic susceptibility of the object) in each point ( x, y, z ) in a magnetic center of the magnetic device generated force or - in a rotationally symmetric Magnetic field - which determines the force generated at the point z on the axis of symmetry; The term "magnetic center" in this document refers to a region in which the strength of the magnetic field is at its maximum or, for example, deviates from its maximum by at most 15% or at most 10%, more preferably at most 5%. When using the device on the ground, the device is preferably oriented so that the magnetic center (or an axis of symmetry) of the generated magnetic field (preferably rotationally symmetric or homogeneous in at least one subarea) extends vertically. For such use on the earth, where the object is preferably diamagnetic, and which then makes it possible, in particular, to effect a diamagnetic levitation, the second partial derivatives of the magnetic flux density must each be positive for stability of the generated force; by means of a suitable positioning of the elements relative to one another, it is also possible for this property of the generated external magnetic field to be achieved in a suitable range for z (in the magnetic center or, if present, along an axis of symmetry of the magnetic field.

Somit bietet eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen flexiblen Anwendungsbereich zum Erzeugen einer auf ein jeweiliges Objekt wirkenden Kraft. Das Objekt kann vorzugsweise diamagnetisch oder paramagnetisch sein.Thus, a device according to the invention offers a flexible scope for generating a on a respective object acting force. The object may preferably be diamagnetic or paramagnetic.

Die mindestens zwei (relativ zueinander beweglichen) Elemente umfassen vorzugsweise mindestens einen Magneten und/oder mindestens ein Abschirmelement zum Deformieren eines Magnetfeldes.The at least two (relatively movable) elements preferably comprise at least one magnet and / or at least one shielding element for deforming a magnetic field.

Die mindestens zwei Elemente können beispielsweise mindestens einen Permanentmagneten umfassen; diese sind besonders einfach zu handhaben und insbesondere in Fällen geeignet, in denen eine zu erzeugende Kraft relativ klein sein kann, beispielsweise für Objekte aus dem Bereich der Mikrofluidik und/oder bei einer Verwendung der Vorrichtung zum Simulieren einer Schwerkraft im Weltall.The at least two elements may, for example, comprise at least one permanent magnet; these are particularly easy to handle and particularly suitable in cases where a force to be generated can be relatively small, for example for objects in the field of microfluidics and / or when using the device for simulating gravity in space.

Mindestens eines der relativ zueinander beweglichen Elemente kann eine stromdurchflossene Spule, also ein Elektromagnet sein. Derartige Magneten lassen sich besonders gut steuern.At least one of the relatively movable elements may be a current-carrying coil, so an electromagnet. Such magnets can be controlled very well.

Die mindestens zwei Elemente können mindestens einen supraleitenden Magneten umfassen; derartige supraleitende Magneten sind besonders geeignet für ein Erzeugen besonders starker Magnetfelder.The at least two elements may comprise at least one superconducting magnet; Such superconducting magnets are particularly suitable for generating particularly strong magnetic fields.

Alternativ oder zusätzlich können die mindestens zwei Elemente mindestens einen (z.B. wassergekühlten) Bittermagneten und/oder mindestens einen Hybridmagneten umfassen; mit ihnen können besonders große Werte für |B(x,y,z) ∇B(x,y,z)| bzw. für |B(z)B'(z)| erreicht werden, sie eignen sich daher insbesondere für größere Objekte und/oder Objekte, die Kupfer, Siliziumkarbid, Kohlenstoff oder Stickstoffoxid umfassen können.Alternatively or additionally, the at least two elements may comprise at least one (eg water-cooled) bitter magnet and / or at least one hybrid magnet; with them can be especially large values for | B (x, y, z) ∇ B (x, y, z) | or for | B ( z ) B '( z ) | Therefore, they are particularly suitable for larger objects and / or objects, which may include copper, silicon carbide, carbon or nitrogen oxide.

In einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese mindestens einen Quadrupolmagneten; diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Profil des damit zu generierenden Magnetfelds besonders gleichmäßig und vorhersehbar fokussierend ist.In one embodiment of a device according to the invention, this comprises at least one quadrupole magnet; This embodiment has the advantage that the profile of the magnetic field to be generated with it is particularly uniform and predictably focusing.

Gemäß einer Ausführungsform umfassen die mindestens zwei Elemente mindestens ein Abschirmelement, mindestens ein ferromagnetisches Einlageelement und/oder mindestens eine Graphitplatte. Derartige Elemente haben im Zusammenwirken mit einem oder mehreren magnetischen Elementen - in Abhängigkeit vom jeweiligen Abstand - einen großen Einfluss auf ein Feldprofil und damit auf das Produkt B(x,y,z)∇B(x,y,z)bzw. B(z)B'(z). Ferromagnetische Einlageelemente können beispielsweise einen Eisenring und/oder eine Eisenscheibe umfassen, die vorzugsweise innerhalb einer Spule eines Elektromagneten und koaxial mit der Spule in einem positiven Abstand voneinander angeordnet werden können; der Abstand kann z.B. in einem Bereich von 0,5 cm bis 2 cm liegen und vorzugsweise veränderlich sein. Damit kann der Wert |B(x,y,z)∇B(x,y z)|bzw. |B(z)B'(z)| im Bereich zwischen derartigen Einlageelementen mit geringem Aufwand erheblich gesteigert werden.According to one embodiment, the at least two elements comprise at least one shielding element, at least one ferromagnetic inserting element and / or at least one graphite plate. Such elements have, in cooperation with one or more magnetic elements - or a large influence on a box profile and thus to the product B (x, y, z) ∇ B (x, y, z) - depending on the respective distance. B ( z ) B ' ( z ). Ferromagnetic insert elements may comprise, for example, an iron ring and / or an iron disk, which may preferably be arranged within a coil of an electromagnet and coaxially with the coil at a positive distance from each other; the distance may be, for example, in a range of 0.5 cm to 2 cm and preferably be variable. Thus, the value | B (x, y, z) ∇ B (x, yz) | | B ( z ) B ' ( z ) | can be considerably increased in the area between such insert elements with little effort.

Das Generieren des äußeren Magnetfeldes kann insbesondere mit zwei, drei oder mehr Spulen jeweiliger Elektromagneten erfolgen. Die Spulen sind dabei vorzugsweise koaxial angeordnet und in Richtung einer gemeinsamen Achse relativ zueinander beweglich (insbesondere axial verschieblich). Mindestens eine oder mindestens zwei der Spulen können vorzugsweise supraleitend sein. In axialer Richtung können die Spulen voneinander verschiedene Ausdehnungen haben. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der eine erste Spule (als ein erstes der Elemente) um eine zweite Spule (als zweites der Elemente) herum angeordnet ist. Die erste Spule kann dabei in axialer Richtung eine größere oder eine kleinere Ausdehnung haben als die zweite Spule.The generation of the external magnetic field can be carried out in particular with two, three or more coils of respective electromagnets. The coils are preferably arranged coaxially and in the direction of a common axis relative to each other movable (in particular axially displaceable). At least one or at least two of the coils may preferably be superconducting. In the axial direction, the coils may have different extensions from each other. Preferred is an embodiment in which a first coil (as a first one of the elements) is arranged around a second coil (second of the elements). The first coil can have a greater or smaller extent in the axial direction than the second coil.

Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die relativ zueinander beweglichen Elemente zwei koaxial angeordnete Spulen von Elektromagneten umfassen, von denen eine erste um die zweite herum angeordnet ist, und wobei die relativ zueinander beweglichen Elemente zudem eine dritte, mit den anderen beiden ebenfalls koaxial angeordnete Spule eines Elektromagneten umfassen. Die dritte Spule ist dabei vorzugsweise in axialer Richtung versetzt zur zweiten Spule angeordnet und in axialer Richtung verschieblich. Ein durch eine der Spulen (vorzugsweise die dritte Spule) generiertes bzw. generierbares Magnetfeld ist dabei vorteilhafterweise einem durch die jeweils anderen Spulen generierten bzw. generierbaren (im Wesentlichen rotationssymmetrischen) Magnetfeld entgegen gerichtet. Dadurch kann ein großer Wert |B(z)B'(z)| erzielt werden. Insbesondere kann ein Abstand der Spulen in axialer Richtung voneinander vorzugsweise so gewählt und eingestellt werden, dass der Wert für |B(z)B'(z)| und ein vorteilhafter Stabilitätsbereich für ein jeweiliges Objekt und/oder ein festgelegter Wert oder Wertebereich einer zu erzeugenden Kraft erreicht wird.Advantageous is an embodiment in which the relatively movable elements comprise two coaxially arranged coils of electromagnets, a first of which is arranged around the second, and wherein the relatively movable elements also a third, with the other two also coaxially arranged coil comprise an electromagnet. The third coil is preferably arranged offset in the axial direction to the second coil and slidable in the axial direction. A through one of the coils (preferably the third coil) generated or generated magnetic field is advantageously directed against a generated or generated by the respective other coils (essentially rotationally symmetric) magnetic field opposite. This can be a great value | B ( z ) B '( z ) | be achieved. In particular, a spacing of the coils in the axial direction from one another can preferably be selected and set such that the value for | B ( z ) B '( z ) | and an advantageous stability range for a respective object and / or a defined value or value range of a force to be generated is achieved.

Geeignete Werte für B(x,y,z)∇B(x,y,z)bzw. für B(z)B'(z) können vorzugsweise anwendungsabhängig durch eine geeignete Positionierung der mindestens zwei Elemente gewählt werden.Suitable values for B (x, y, z) ∇ B (x, y, z) resp. for B ( z ) B '( z ) can preferably be selected depending on the application by a suitable positioning of the at least two elements.

Eine vorteilhafte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Ändern einer Position mindestens zweier relativ zueinander beweglicher Elemente einer verwendeten Magneteinrichtung relativ zueinander (beispielsweise ein Ändern eines Abstandes der Elemente voneinander). Insbesondere kann das Objekt ein erstes Objekt sein, und das Verfahren kann weiter ein Simulieren einer auf ein zweites, vom ersten Objekt verschiedenes Objekt wirkenden Schwerkraft im Weltall umfassen. Ein Ändern der Position der beweglichen Elemente relativ zueinander kann dabei beispielsweise unter Berücksichtigung des Materials, der Form und/oder mindestens einer Abmessung des zweiten Objekts erfolgen. Insbesondere kann es ein Herauslesen mindestens eines für das zweite Objekt geeigneten Wertes für einen Abstand der Elemente voneinander aus einer Tabelle oder Datenbank umfassen, in der vorzugsweise mehreren Materialien, Formen und/oder Abmessungen jeweils mindestens einem geeigneten Abstande zugeordnet sind, sowie ein Einstellen des Abstandes entsprechend dem herausgelesenen Wert.An advantageous embodiment of a method according to the invention comprises changing a position of at least two relatively movable elements of a used magnetic device relative to each other (for example, changing a distance of the elements from each other). In particular, the object may be a first object, and the method may further comprise simulating a gravitational force acting on a second object other than the first object in space. A change in the position of the movable elements relative to each other can take place, for example, taking into account the material, the shape and / or at least one dimension of the second object. In particular, it may comprise reading out at least one value suitable for the second object for a distance of the elements from one another from a table or database, in which preferably several materials, shapes and / or dimensions are each associated with at least one suitable distance, and adjusting the distance according to the value read out.

Gemäß einem speziellen vorteilhaften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in mindestens einem Teilbereich ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Magnetfeld generiert, gilt für mindestens eine erste Positionierung der mindestens zwei Elemente relativ zueinander in mindestens einem Teilbereich eines von der Magneteinrichtung generierbaren Magnetfeldes (ggf. bei geeigneter angelegter Spannung) B(z)B'(z) ≤ - 100 T2/m, bevorzugter B(z)B'(z) ≤ - 450 T2/m, noch bevorzugter B(z)B'(z) ≤ - 1500 T2/m.According to a particular advantageous exemplary embodiment of a device according to the invention, which generates an essentially rotationally symmetrical magnetic field in at least one subregion, the at least two apply to at least one first positioning Elements relative to each other in at least a portion of a magnetic field that can be generated by the magnetic device (possibly with a suitably applied voltage) B ( z ) B ' ( z ) ≦ -100 T 2 / m, more preferably B ( z ) B' ( z ) ≦ 450 T 2 / m, more preferably B ( z ) B ' ( z ) ≤ - 1500 T 2 / m.

Insbesondere bei einer Verwendung auf der Erde erlauben derartige Werte das Bewirken eines diamagnetischen Schwebens auch für biologische Stoffe, lebendes Gewebe und Flüssigkeiten.In particular, when used on the earth, such values permit the effect of diamagnetic levitation also on biologicals, living tissues and fluids.

Ein breites Spektrum an einzustellenden Werten für B(z)B'(z) bedeutet dabei eine hinsichtlich der verschiedenen Objekte besonders flexibel einsetzbare Vorrichtung. Gemäß einer speziellen exemplarischen vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein in mindestens einem Teilbereich im Wesentlichen rotationssymmetrisches Magnetfeld generiert, gilt für mindestens eine zweite Positionierung der mindestens zwei Elemente relativ zueinander (und ggf. für eine zweite geeignete angelegte Spannung) in mindestens einem Teilbereich eines von der Magneteinrichtung generierbaren Magnetfeldes -250 T2/m ≤ B(z)B'(z), bevorzugter -100 T2/m ≤ B(z)B'(z), noch bevorzugter 0 ≤ B(z)B' (z) gilt. Die zweite Positionierung kann dabei von der ersten verschieden sein oder - im Falle einer geänderten angelegten Spannung - mit ihr übereinstimmen.A wide range of values to be set for B ( z ) B '( z ) hereby means a device which can be used particularly flexibly with regard to the various objects. According to a specific exemplary advantageous embodiment of a device according to the invention, which generates a magnetic field which is substantially rotationally symmetrical in at least one subregion, at least one second positioning of the at least two elements relative to one another (and possibly for a second suitably applied voltage) in at least one subregion magnetic field generatable by the magnet device -250 T 2 / m ≦ B ( z ) B '( z ), more preferably -100 T 2 / m ≦ B ( z ) B' ( z ), even more preferably 0 ≦ B (z) B ' (z) applies. The second positioning may be different from the first or - in the case of a changed applied voltage - agree with it.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere in eine Teststrecke eingebettet sein, die weitere Stationen umfassen kann, z.B. zum Durchführen weiterer Versuche.In particular, a device according to the invention may be embedded in a test track, which may comprise further stations, e.g. to carry out further experiments.

Dazu kann die Vorrichtung eine Versuchskammer umfassen, die im Zentrum eines von der Magneteinrichtung generierbaren Magnetfelds angeordnet sein kann und in die bzw. aus der das (z.B. diamagnetische) Objekt manuell oder automatisch (z.B. mit Hilfe eines Gas- oder Flüssigkeitsstroms) befördert werden kann.To this end, the apparatus may comprise a test chamber which may be located in the center of a magnetic field that can be generated by the magnetic device and into which the (e.g., diamagnetic) object may be conveyed manually or automatically (e.g., by a gas or liquid flow).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Kühlvorrichtung. Besonders vorteilhaft ist eine Variante, die zudem eine Einrichtung zur Kontrolle einer Temperatur der Magneteinrichtung und/oder von deren Umgebung umfasst, mit der die Kühlvorrichtung vorzugsweise geregelt werden kann.According to a preferred embodiment, a device according to the invention comprises at least one cooling device. Particularly advantageous is a variant which also has a device for controlling a temperature of the magnetic device and / or of its environment includes, with which the cooling device can be preferably controlled.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst analog in einer vorteilhaften Ausführungsform ein Kühlen, vorzugsweise auch noch ein Kontrollieren einer Temperatur der Magneteinrichtung und/oder ihrer Umgebung, sowie vorzugsweise ein Regeln der Temperatur.An inventive method analogously in an advantageous embodiment, a cooling, preferably also still controlling a temperature of the magnetic device and / or its environment, and preferably controlling the temperature.

Eine solche, eine Kühlvorrichtung bzw. Kühlung aufweisende Ausführungsform ermöglicht ein Generieren eines besonders starken magnetischen Feldes bzw. besonders großer Werte für das Produkt B(z)B'(z), so dass z.B. Objekte mit betragsmäßig kleiner magnetischen Suszeptibilität (und/oder großer Masse) zum Schweben gebracht werden können bzw. im Sinne einer simulierten Schwerkraft im Weltall auf gewünschte Werte beschleunigt werden können. Zudem kann die Kühlung schädliche Einflüsse von Hitze auf das jeweilige Objekt verhindern oder zumindest vermindern.Such an embodiment having a cooling device or cooling makes it possible to generate a particularly strong magnetic field or particularly large values for the product B ( z ) B ' ( z ), so that, for example, objects with small magnetic susceptibility (and / or larger Mass) can be levitated or accelerated in the sense of a simulated gravity in space to desired values. In addition, the cooling can prevent harmful effects of heat on the respective object or at least reduce.

Ein erfindungsgemäßes Raumfahrzeug bzw. eine erfindungsgemäße Raumstation umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen. Insbesondere vorteilhaft ist eine Ausführungsvariante, bei der die umfasste erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen von auf ein Objekt wirkender Kraft eine Kühlvorrichtung wie oben genannt umfasst, wobei die Kühlvorrichtung vorzugsweise eine Kältezufuhr von einer Außenumgebung des Raumfahrzeugs bzw. der Raumstation zur Magneteinrichtung aufweist. Damit kann effizient die Kälte des Weltalls zum Kühlen verwendet werden.An inventive spacecraft or a space station according to the invention comprises a device according to the invention in accordance with one of the embodiments disclosed in this document. Particularly advantageous is an embodiment in which the inventive device for generating force acting on a subject comprises a cooling device as mentioned above, wherein the cooling device preferably has a cold supply from an external environment of the spacecraft or the space station to the magnetic device. Thus, the cold of the universe can be efficiently used for cooling.

Ein erfindungsgemäßer Tank eines Weltraumfahrzeugs umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen zum Bewirken einer Kraft, die auf einen im Tank enthaltenen (insbesondere diamagnetischen) Treibstoff wirkt; im Sinne der obigen Bezeichnungen stellt dabei also der Treibstoff das Objekt dar. Vorzugsweise ist die Magneteinrichtung dabei so ausgerichtet, dass die genannte Kraft in Richtung eines Tankausgangs wirkt. Die Vorrichtung bzw. die Magneteinrichtung kann dabei ganz oder teilweise im Inneren des Tankraumes oder außerhalb desselben angeordnet sein.An inventive tank of a spacecraft comprises a device according to the invention according to one of the embodiments disclosed in this document for effecting a force acting on a (in particular diamagnetic) fuel contained in the tank; In the sense of the above designations, the fuel thus represents the object. Preferably, the magnetic device is aligned so that the said force acts in the direction of a tank outlet. The device or the magnetic device can thereby be arranged wholly or partly inside the tank space or outside thereof.

Analog ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens das Objekt ein in einem Tank enthaltener Treibstoff und wird die Schwerkraft in Richtung eines Tankausgangs simuliert.Analogously, according to an advantageous embodiment of a method according to the invention, the object is a fuel contained in a tank and the gravity is simulated in the direction of a tank outlet.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombiniert werden können als dargestellt. Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente sind figurenübergreifend verwendet und werden ggf. nicht für jede Figur neu beschrieben.In the following preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to drawings. It is understood that individual elements and components can be combined differently than shown. Reference numerals for corresponding elements are used across figures and may not be rewritten for each figure.

Es zeigen schematisch:

Figur 1:
eine exemplarische Teststrecke mit einer Vorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 2:
eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten exemplarischen Ausführungsform;
Figur 3:
eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten exemplarischen Ausführungsform; und
Figur 4a, 4b:
vereinfachte Ansichten zweier Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
They show schematically:
FIG. 1:
an exemplary test track with an apparatus for performing a method according to the invention;
FIG. 2:
a device according to the invention according to a first exemplary embodiment;
FIG. 3:
a device according to the invention according to a second exemplary embodiment; and
FIGS. 4a, 4b:
simplified views of two embodiments of a device according to the invention.

Die Figur 1 zeigt (als funktionales Diagramm vereinfacht) einen Ausschnitt einer Teststrecke 10, die dazu eingerichtet ist, in einem Raumfahrzeug oder einer Raumstation zum Durchführen von Versuchen verwendet zu werden. Die Teststrecke umfasst schematisch dargestellte Versuchsstationen 20, 20', sowie - zwischen diesen Versuchsstationen 20, 20' angeordnet - eine Vorrichtung 100 zum Simulieren von Schwerkraft gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Versuchsstationen 20, 20' sind über eine Objektleitung 40 bzw. 40' mit der Vorrichtung 100 (als weiterer Station) verbunden; durch die jeweilige Objektleitung, die im dargestellten Beispiel in Form eines Rohrs realisiert ist, kann (z.B. mit Hilfe eines Gas- und/oder Flüssigkeitsstroms) ein Objekt transportiert und somit von Station zu Station weitergeleitet werden, wo es jeweils untersucht oder behandelt werden kann.The FIG. 1 shows (simplified as a functional diagram) a section of a test track 10, which is adapted to be used in a spacecraft or a space station for performing experiments. The test section comprises schematically illustrated experimental stations 20, 20 ', and - between these experimental stations 20, 20' arranged - a device 100 for simulating gravity according to a method of the invention. The experimental stations 20, 20 'are connected via an object line 40 or 40' to the device 100 (as another station); through the respective object line, which is realized in the form of a tube in the example shown, can (for example with the aid of a gas and / or Liquid stream) transported an object and thus be forwarded from station to station, where it can be examined or treated.

Die Vorrichtung 100 umfasst eine Magneteinrichtung 110, die im gezeigten Beispiel eine einfache Spule 120 als Elektromagneten umfasst; alternativ oder zusätzlich könnte die Vorrichtung beispielsweise mindestens eine koaxial zur gezeigten Spule angeordnete weitere Spule, mindestens einen Ferromagneten und/oder mindestens einen Quadrupolmagneten umfassen. Insbesondere könnte die Vorrichtung 100 anstelle der Spule 120 die in der Figur 2 gezeigte Magneteinrichtung mit den Spulen 220, 230 und 240 oder die in Figur 3 dargestellte Magneteinrichtung mit den beweglichen Magnete 310, 310' und Graphitplatten 320, 320' umfassen.The device 100 comprises a magnetic device 110, which in the example shown comprises a simple coil 120 as electromagnet; Alternatively or additionally, the device could comprise, for example, at least one further coil arranged coaxially with the coil shown, at least one ferromagnet and / or at least one quadrupole magnet. In particular, the device 100 could replace the coil 120 in the FIG. 2 shown magnetic device with the coils 220, 230 and 240 or in FIG. 3 shown magnetic device with the movable magnets 310, 310 'and graphite plates 320, 320' include.

Im magnetischen Zentrum der Magneteinrichtung 110 (hier im Innern der Spule 120) ist eine Versuchskammer 130 angeordnet, in die hinein bzw. aus der heraus an die Objektleitung 40, 40' führt. Im Innern der Versuchskammer 130 kann mit Hilfe der Magneteinrichtung eine Schwerkraft auf ein Objekt in der Versuchskammer simuliert werden.In the magnetic center of the magnetic device 110 (here in the interior of the coil 120), a test chamber 130 is arranged, into and out of which leads to the object line 40, 40 '. In the interior of the test chamber 130, gravity can be simulated on an object in the test chamber with the aid of the magnet device.

Die in der Figur 1 gezeigte Vorrichtung 100 umfasst ferner eine in einer Umgebung der Magneteinrichtung 110 angeordneten, in der Figur schematisch dargestellten Abschirmung 115 für elektromagnetische Strahlung. Diese dient dazu zu verhindern, dass die starke magnetische Strahlung der Magneteinrichtung in andere Subsysteme der Teststrecke oder eines Raumfahrzeugs bzw. einer Raumstation dringt, in dem bzw. der die Teststrecke 10 angeordnet sein kann, und diese Subsysteme beeinflusst.The in the FIG. 1 The device 100 shown further comprises a shield 115 for electromagnetic radiation, which is arranged in an environment of the magnetic device 110 and shown schematically in the figure. This serves to prevent that the strong magnetic radiation of the magnetic device penetrates into other subsystems of the test track or a spacecraft or a space station in which the test track 10 can be arranged and influences these subsystems.

Die Spule 120 ist über mindestens ein Kabel 125 an eine Energiequelle 142 und eine Steuerungskontrollvorrichtung 144 angeschlossen, die im gezeigten Beispiel zusammen in einer Versorgungs- und Steuerungseinrichtung 140 enthalten sind; eine solche Versorgungs- und Steuerungseinrichtung 140 kann insbesondere einen Datenspeicher umfassen, in dem Vergleichswerte abgelegt sein können, beispielsweise zum Regeln einer Temperatur und/oder zum automatischen Einstellen einer anzulegenden Spannung. Sofern die Teststrecke 10 in einem Raumfahrzeug oder einer Raumstation angeordnet ist, kann die Energiequelle 142 an dessen bzw. deren Energiequelle angeschlossen sein (nicht dargestellt). Vorzugsweise ist die Energiequelle einstellbar, insbesondere weist sie vorteilhafterweise eine Möglichkeit zur manuellen und/oder automatisierten Einstellung einer Versorgungsspannung für den Elektromagneten 120 auf. In Ausführungsformen, bei denen die Magneteinrichtung neben dem gezeigten Elektromagneten 120 als erstem Element ein (nicht gezeigtes) zweites Element umfasst, das relativ zum Elektromagneten beweglich ist, kann die Versorgungs- und Steuerungseinrichtung 140 vorzugsweise eine Bewegungsvorrichtung zum automatischen oder manuellen Bewegen der Elemente relativ zueinander umfassen; damit kann insbesondere die Vorrichtung 100 geeignet an gewünschte Bedingungen und/oder jeweilige Objekte mit ihren Eigenschaften angepasst werden.The coil 120 is connected via at least one cable 125 to a power source 142 and a control control device 144, which in the example shown together in a supply and control device 140 are included; Such a supply and control device 140 may in particular comprise a data memory in which comparison values may be stored, for example for regulating a temperature and / or for automatic adjustment of a voltage to be applied. If the test track 10 is arranged in a spacecraft or a space station, the power source 142 may be connected to its or its energy source (not shown). Preferably, the energy source is adjustable, in particular advantageously has a possibility for manual and / or automated adjustment of a supply voltage for the electromagnet 120. In embodiments where the magnet means includes a first member (not shown) movable relative to the solenoid in addition to the illustrated solenoid 120, the supply and control means 140 may preferably include a moving means for automatically or manually moving the members relative to each other include; Thus, in particular, the device 100 can be suitably adapted to desired conditions and / or respective objects with their properties.

Über mindestens ein weiteres Kabel 145 ist die in der Figur 1 dargestellte Versorgungs- und Steuerungseinrichtung 140 mit einer externen Temperaturkontrollvorrichtung 152 verbunden, die außerhalb einer (schematisch begrenzt dargestellten) Außenwand 160 z.B. in einer Außenumgebung eines Raumfahrzeugs bzw. einer Raumstation angeordnet ist und zusammen mit einer inneren Temperaturkontrollvorrichtung 154 Teil einer Kühlvorrichtung 150 ist. Die externe Temperaturkontrollvorrichtung 152 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Temperatur der Außenumgebung aufzunehmen; über Temperaturleitungen 156 kann die Temperatur zur inneren Temperaturkontrollvorrichtung 154 und von dort über Temperaturleitungen 158 zum Elektromagneten 120 geleitet werden, der damit schnell und effizient gekühlt werden kann. Die innere Temperaturkontrollvorrichtung 154 umfasst vorzugsweise eine Messvorrichtung zum Erfassen der Temperatur des Elektromagneten, und die jeweils erfasste Temperatur wird vorzugsweise an die Steuerungskontrollvorrichtung 144 übermittelt, die gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform mit den so erhaltenen Daten (z.B. nach einem Vergleich mit Kontrolldaten aus einem Datenspeicher) die Kühlung durch die Kühlvorrichtung 150 regelt.About at least one other cable 145 is in the FIG. 1 shown supply and control device 140 is connected to an external temperature control device 152, which is outside a (schematically limited) outer wall 160, for example, in an external environment of a spacecraft or a space station is arranged and together with an internal temperature control device 154 part of a cooling device 150. The external temperature control device 152 is preferably configured to receive the temperature of the outside environment; Via temperature lines 156, the temperature can be conducted to the inner temperature control device 154 and from there via temperature lines 158 to the electromagnet 120, which can be cooled quickly and efficiently. The inner temperature control device 154 preferably comprises a measuring device for detecting the temperature of the electromagnet, and the respectively detected temperature is preferably transmitted to the control device 144, which according to an advantageous embodiment with the data thus obtained (eg after comparison with control data from a data memory) Cooling by the cooling device 150 controls.

In Figur 2 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 200 zum Erzeugen einer auf ein Objekt 5 wirkenden Kraft dargestellt. Das Objekt 5 ist im gezeigten Beispiel innerhalb einer Versuchskammer 130 angeordnet, die analog zum in Figur 1 gezeigten Beispiel an Objektleitungen 40, 40' angeschlossen werden oder sein kann. Bei Verwendung im Weltall kann die mit der Vorrichtung zu erzeugende Kraft beispielsweise eine auf das Objekt wirkende Schwerkraft simulieren, bei Verwendung auf der Erde kann die Kraft der Schwerkraft entgegenwirken und so ein Schweben des Objekts 5 realisiert werden; in diesem Fall ist die Vorrichtung vorzugsweise so auszurichten, dass die zentrale Achse A der gezeigten koaxialen Spulen 220, 230, 240 (die relativ zueinander bewegliche Elemente einer Magneteinrichtung sind) vertikal verläuft.In FIG. 2 an example of a device 200 according to the invention for generating a force acting on an object 5 is shown. The object 5 is arranged in the example shown within a test chamber 130, which analogous to in FIG. 1 shown example to object lines 40, 40 'are connected or can be. For example, when used in space, the force to be generated by the device can simulate gravity acting on the object, when used on the earth, the force of gravity can be counteracted and thus levitation of the object 5 can be realized; in this case, the device is preferably to be oriented such that the central axis A of the coaxial coils 220, 230, 240 (which are relatively movable elements of a magnet device) is vertical.

Die Spulen 220, 230, 240 sind vorzugsweise an mindestens eine Energiequelle anzuschließen oder bereits angeschlossen, deren Versorgungsspannung vorteilhafterweise einstellbar ist; bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die jeweilige Versorgungsspannung für die einzelnen Spulen 220, 230, 240 individuell einstellbar ist.The coils 220, 230, 240 are preferably to be connected to or already connected to at least one energy source whose supply voltage is advantageously adjustable; preferred is an embodiment in which the respective supply voltage for the individual coils 220, 230, 240 is individually adjustable.

Mittels der anzulegenden Versorgungsspannung kann vorzugsweise in der Spule 240 ein Stromfluss eingestellt werden, der einem Stromfluss in den Spulen 220 und 230 entgegenläuft. In den zylindrischen Spulen 220 und 230 (von denen die Spule 230 eine kleinere axiale Erstreckung aufweist als die Spule 220, um die herum die Spule 230 verläuft) kann damit vorzugsweise ein erstes äußeres Magnetfeld generiert werden, dem ein zweites Magnetfeld, das mit der in axialer Richtung zu den Spulen 220, 230 versetzt angeordneten, ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Spule 240 erzeugt werden kann, entgegengesetzt gerichtet ist. Das aus der Überlagerung von erstem und zweitem Magnetfeld resultierende äußere Magnetfeld induziert in dem Objekt 5 ein magnetisches Moment. Aus diesem magnetischen Moment resultiert die genannte, auf das Objekt wirkende Kraft.By means of the supply voltage to be applied, a current flow can preferably be set in the coil 240, which counteracts a current flow in the coils 220 and 230. In the cylindrical coils 220 and 230 (of which the coil 230 has a smaller axial extent than the coil 220, around which the coil 230 extends) can thus preferably a first external magnetic field are generated, which a second magnetic field with the in axial direction to the coils 220, 230 staggered, also cylindrically shaped coil 240 can be generated, is directed opposite. The external magnetic field resulting from the superposition of the first and second magnetic fields induces a magnetic moment in the object 5. From this magnetic moment results the mentioned force acting on the object.

Wie in der Figur 2 durch Doppelpfeile angedeutet, ist die Spule 240 dabei vorzugsweise relativ zu den Spulen 220, 230 in axialer Richtung beweglich; alternativ oder zusätzlich können auch die umeinander angeordneten Spulen 220, 230 relativ zueinander beweglich sein.Like in the FIG. 2 indicated by double arrows, the coil 240 is preferably relative to the coils 220, 230 in axial Direction movable; Alternatively or additionally, the coils 220, 230 arranged around one another can also be movable relative to one another.

Damit kann die besagte Überlagerung der Magnetfelder manipuliert und insbesondere für das resultierende äußere Magnetfeld der Verlauf (und die Ableitung) der Funktion B(z)in Richtung z entlang der zentralen Achse A geändert werden; dabei ist B(z) jeweils der Betrag der magnetischen Flussdichte des aus den Überlagerungen der einzelnen Magnetfelder resultierenden äußeren Magnetfelds.Thus, the said superimposition of the magnetic fields can be manipulated and, in particular for the resulting external magnetic field, the course (and the derivative) of the function B (z) in the direction z along the central axis A can be changed; where B ( z ) is in each case the amount of the magnetic flux density of the resulting from the superpositions of the individual magnetic fields outer magnetic field.

Wie oben beschrieben können so die auf das Objekt 5 wirkende Kraft und ein geeigneter Stabilitätsbereich (in dem das Objekt 5 bei einer Verwendung auf der Erde vorzugsweise schweben kann) eingestellt werden. Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel kann zwischen den Spulen 220 und 240 ein axialer Abstand bis zu einem Durchmesser der inneren Spule 220 oder weiter eingestellt werden.As described above, so the force acting on the object 5 and a suitable stability range (in which the object 5 can preferably float when used on the ground) can be adjusted. According to a specific embodiment, an axial distance can be set between the coils 220 and 240 up to a diameter of the inner coil 220 or further.

Die Bewegung der Spulen relativ zueinander kann manuell und/oder automatisiert möglich sein; insbesondere kann die Vorrichtung eine (nicht gezeigte) Bewegungseinrichtung (z.B. einen Elektromotor) umfassen.The movement of the coils relative to one another may be possible manually and / or automatically; In particular, the device may include a moving means (not shown) (e.g., an electric motor).

In Figur 3 ist exemplarisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 300 zum Erzeugen einer auf ein Objekt 5 wirkenden Kraft gezeigt. Im gezeigten Beispiel ist das Objekt 5 wiederum innerhalb einer Versuchskammer 130 angeordnet, die analog zum in Figur 1 gezeigten Beispiel an Objektleitungen 40, 40' angeschlossen werden oder sein kann.In FIG. 3 By way of example, a further embodiment of a device 300 according to the invention for generating a force acting on an object 5 is shown. In the example shown, the object 5 is again arranged inside a test chamber 130, which is analogous to that in FIG FIG. 1 shown example to object lines 40, 40 'are connected or can be.

Die Vorrichtung 300 umfasst eine Magneteinrichtung, die zwei Permanentmagneten 310, 310' mit einander zugewandten Flächen umfasst. Zwischen den einander zugewandten Flächen sind zwei Graphitplatten 320, 320' angeordnet, die ebenfalls einander zugewandte Oberflächen aufweisen; zwischen diesen Oberflächen ist die Versuchskammer 130. Die Graphitplatten dienen dabei einer gezielten Beeinflussung des (das Objekt 5 umgebenden und daher "äußeren") Magnetfeldes.The device 300 comprises a magnetic device which comprises two permanent magnets 310, 310 'with facing surfaces. Between the facing surfaces are two graphite plates 320, 320 'are arranged, which also have mutually facing surfaces; between these surfaces is the test chamber 130. The graphite plates serve one targeted influencing of the (the object 5 surrounding and therefore "outer") magnetic field.

Die einander zugewandten Oberflächen der Permanentmagneten 310, 310' und der Graphitplatten 320, 320' liegen auf parallelen Ebenen und sind mittels Schienen 315, 315' relativ zueinander beweglich. So kann der Abstand zwischen den Permanentmagneten 310 und 310', der Abstand zwischen den Graphitplatten 320, 320' sowie die Abstände zwischen Permanentmagneten und Graphitplatten geändert werden; in der in dieser Schrift verwendeten Terminologie sind also bei der in der Figur 3 dargestellten Ausführungsform die Permanentmagneten und die Graphitplatten die relativ zueinander bewegliche Elemente. Damit kann das Magnetfeld und damit das Produkt B(z)B'(z) für das jeweilige Objekt (mit den ihm eigenen Eigenschaften) optimiert werden. Die Bewegung der Elemente relativ zueinander kann manuell und/oder automatisiert möglich sein; insbesondere kann die Vorrichtung eine (nicht gezeigte) Bewegungseinrichtung (z.B. einen Elektromotor) umfassen.The mutually facing surfaces of the permanent magnets 310, 310 'and the graphite plates 320, 320' lie on parallel planes and are movable relative to one another by means of rails 315, 315 '. Thus, the distance between the permanent magnets 310 and 310 ', the distance between the graphite plates 320, 320' and the distances between permanent magnets and graphite plates can be changed; in the terminology used in this document are therefore in the in the FIG. 3 illustrated embodiment, the permanent magnets and the graphite plates, the relatively movable elements. Thus, the magnetic field and thus the product B ( z ) B '( z ) for the respective object (with its own properties) can be optimized. The movement of the elements relative to one another may be possible manually and / or automatically; In particular, the device may comprise a movement device (not shown) (eg an electric motor).

In alternativen Ausführungsformen weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung als relativ zueinander bewegliche Elemente lediglich genau einen Permanentmagneten und/oder genau eine Graphitplatte auf.In alternative embodiments, a device according to the invention has only exactly one permanent magnet and / or exactly one graphite plate as relatively movable elements.

Bei einer Verwendung auf der Erde sind die Permanentmagnete(n) und die Graphitplatte(n) jeweils vorzugsweise (wie dargestellt) in vertikaler Richtung übereinander angeordnet.When used on the ground, the permanent magnets (n) and the graphite plate (s) are each preferably stacked (as shown) in a vertical direction.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient einem Simulieren einer auf ein Objekt 5 wirkenden Schwerkraft im Weltall. Es umfasst ein Generieren eines äußeren Magnetfelds in einer Umgebung des Objekts. Damit wird ein magnetisches Moment in dem Objekt induziert.A method according to the invention serves to simulate a gravitational force acting on an object 5 in space. It includes generating an external magnetic field in an environment of the object. This induces a magnetic moment in the object.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung (200, 300) dient einem Erzeugen einer auf ein Objekt 5 wirkenden Kraft. Die Vorrichtung umfasst eine Magneteinrichtung zum Generieren eines äußeren Magnetfeldes in einer Umgebung des Objektes und damit zum Induzieren eines magnetischen Moments in dem Objekt. Die Magneteinrichtung weist mindestens zwei Elemente 220, 230, 240, 310, 310', 320, 320' auf, die zum Einstellen des äußeren Magnetfeldes relativ zueinander beweglich sind.A device (200, 300) according to the invention serves to generate a force acting on an object 5. The device comprises a magnet device for generating an external magnetic field in an environment of the object and thus for inducing a magnetic moment in the object. The magnetic device has at least two Elements 220, 230, 240, 310, 310 ', 320, 320', which are movable relative to each other for adjusting the external magnetic field.

Die Figuren 4a und 4b zeigen vereinfachte Ansichten zweier Ausführungsformen je einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 400a bzw. 400b: Jede dieser Vorrichtungen umfasst zwei koaxial ineinander angeordnete Spulen von Elektromagneten, die eine jeweilige Versuchskammer umlaufen: Bei der in der Figur 4a gezeigten Vorrichtung 400a sind diese die Versuchskammer 130a umlaufenden Spulen 220a, 230a wie auch eine Außenwand der Versuchskammer 130a im Wesentlichen entlang der Mantelfläche eines jeweiligen Kreiszylinders ausgebildet, wohingegen die entsprechenden Spulen 220b, 230b und die Außenwand der Versuchskammer 130b im in der Figur 4b gezeigten Ausführungsbeispiel 400b im Wesentlichen entlang der Mantelfläche eines jeweiligen Kreiskegels geformt sind. Die jeweilige gemeinsame zentrale Achse (Rotations-Symmetrieachse) ist in den Figuren 4a, 4b nicht eingezeichnet. Die jeweils innen angeordnete Spule 220a bzw. 220b weist (bezüglich dieser zentralen Achse) eine größere axiale Erstreckung auf als die jeweils außen liegende Spule 230a bzw. 230b.The FIGS. 4a and 4b show simplified views of two embodiments of a device according to the invention 400a or 400b: Each of these devices comprises two coaxially arranged in each other coils of electromagnets which rotate around a respective test chamber: In the in the FIG. 4a In the apparatus 400a shown, these test coils 130a, 220a, 230a as well as an outer wall of the test chamber 130a are formed substantially along the peripheral surface of each circular cylinder, whereas the corresponding coils 220b, 230b and the outer wall of the test chamber 130b are shown in FIG FIG. 4b shown embodiment 400b are formed substantially along the lateral surface of a respective circular cone. The respective common central axis (rotational symmetry axis) is in the FIGS. 4a, 4b not shown. The respectively arranged inside coil 220a or 220b has (with respect to this central axis) has a greater axial extent than the respective outer coil 230a and 230b.

In (wiederum bezüglich der zentralen Achse) axialer Richtung versetzt angeordnet sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen der Figuren 4a, 4b an jeder Seite je eine weitere Spule 240', 240", deren Abstand voneinander mit Hilfe von Schienen 215 verstellbar ist. An der in axialer Richtung nach außen hin weisenden Seite jeder der Spulen 240', 240" ist jeweils ein Permanentmagnet 330', 330" angeordnet. Die Permanentmagneten 330', 330" sind vorzugsweise ebenfalls relativ zueinander in axialer Richtung beweglich (nicht dargestellt), ihr Abstand voneinander (und damit der von ihnen begrenzte, die Spulen und die Versuchskammer umfassende Raum) ist also einstellbar.In (again with respect to the central axis) are arranged offset in the axial direction in the embodiments shown the FIGS. 4a, 4b on each side a further coil 240 ', 240 ", whose distance from one another is adjustable with the aid of rails 215. At the axially outwardly facing side of each of the coils 240', 240" is a respective permanent magnet 330 ', 330th The permanent magnets 330 ', 330 "are also preferably movable relative to each other in the axial direction (not shown), their distance from each other (and thus limited by them, the coil and the test chamber chamber) is thus adjustable.

Die Spulen 220a, 230a, 240' und 240" (bzw. 220b, 230b, 240', 240") sind vorzugsweise an mindestens eine (nicht dargestellte) Energiequelle anzuschließen oder bereits angeschlossen, deren Versorgungsspannung vorteilhafterweise einstellbar ist; vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die jeweilige Versorgungsspannung für die einzelnen Spulen individuell einstellbar ist.The coils 220a, 230a, 240 'and 240 "(or 220b, 230b, 240', 240") are preferably to be connected to or already connected to at least one (not shown) energy source whose supply voltage is advantageously adjustable; advantageous is an embodiment in which the respective supply voltage for the individual coils is individually adjustable.

Mittels der anzulegenden Versorgungsspannung kann vorzugsweise in den Spulen 240', 240" jeweils ein Stromfluss eingestellt werden, der einem Stromfluss in den Spulen 220a und 230a (bzw. 220b, 230b) entgegenläuft.By means of the supply voltage to be applied, a current flow can preferably be set in the coils 240 ', 240 ", which counteracts a current flow in the coils 220a and 230a (or 220b, 230b).

Das aus der Überlagerung der Magnetfelder der Spulen 220a, 230a, 240' und 240" (bzw. 220b, 230b, 240', 240") und der Permanentmagneten resultierende (äußere) Magnetfeld induziert in dem Objekt 5 ein magnetisches Moment. Aus diesem magnetischen Moment resultiert die genannte, auf das Objekt 5 wirkende Kraft. Mittels einer Einstellung der verschiedenen Abstände und/oder Versorgungsspannung(en) kann die Kraft vorzugsweise passend zu dem Objekt (beispielsweise zu seinem Material, seiner Form und/oder seinen Abmessungen) geeignet eingerichtet werden. Bei Verwendung auf der Erde kann das Objekt 5 auf diese Weise beispielsweise zum Schweben gebracht werden, bei Verwendung im Weltall kann durch das Erzeugen der Kraft eine auf das Objekt 5 wirkende Schwerkraft (einer einstellbaren Stärke) simuliert werden.The (external) magnetic field resulting from the superimposition of the magnetic fields of the coils 220a, 230a, 240 'and 240 "(or 220b, 230b, 240', 240") and the permanent magnet induces a magnetic moment in the object 5. From this magnetic moment, the said force acting on the object 5 results. By means of an adjustment of the various distances and / or supply voltage (s), the force can preferably be suitably set up to match the object (for example, its material, its shape and / or its dimensions). When used on earth, the object 5 can be hovered in this way, for example, when used in space can be simulated by generating the force acting on the object 5 gravity (an adjustable strength).

Bezugszeichenreference numeral

55
Objektobject
1010
Teststrecketest track
20, 20'20, 20 '
Versuchsstationexperimental station
40, 40'40, 40 '
ObjektleitungProperty management
100100
Vorrichtung zum Simulieren von SchwerkraftDevice for simulating gravity
110110
Magneteinrichtungmagnetic device
115115
Abschirmungshielding
120120
SpuleKitchen sink
125125
Kabelelectric wire
130, 130a, 130b130, 130a, 130b
Versuchskammertest chamber
140140
Versorgungs- und SteuerungseinrichtungSupply and control device
142142
Energiequelleenergy
144144
SteuerungskontrollvorrichtungControl monitoring device
145145
Kabelelectric wire
150150
Kühlvorrichtungcooler
152152
innere Temperaturkontrollvorrichtunginternal temperature control device
154154
äußere Temperaturkontrollvorrichtungouter temperature control device
156, 158156, 158
Temperaturleitungentemperature cables
160160
Außenwandouter wall
200, 300, 400a, 400b200, 300, 400a, 400b
Vorrichtung zum Erzeugen einer auf ein Objekt wirkenden KraftDevice for generating a force acting on an object
215215
Schienenrails
220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240', 240"220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240 ', 240 "
SpulenDo the washing up
310, 310'310, 310 '
Permanentmagnetpermanent magnet
315, 315'315, 315 '
Schienenrails
320, 320'320, 320 '
Graphitplattegraphite plate
330', 330"330 ', 330 "
Permanentmagnetpermanent magnet
AA
zentrale Achsecentral axis

Claims (11)

Verfahren zum Simulieren einer auf ein Objekt (5) wirkenden Schwerkraft im Weltall,
gekennzeichnet durch
ein Induzieren eines magnetischen Moments in dem Objekt mittels eines Generierens eines äußeren Magnetfelds in einer Umgebung des Objekts.
Method for simulating a gravitational force in space on an object (5)
marked by
inducing a magnetic moment in the object by generating an external magnetic field in an environment of the object.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner ein Festlegen eines Wertes oder eines Wertebereichs für eine zu simulierende, auf das diamagnetische Objekt wirkende Schwerkraft, ein Bestimmen mindestens eines Parameters des äußeren Magnetfelds, der zum Bewirken des festgelegten Wertes bzw. Wertebereichs geeignet ist, und ein Kontrollieren des mindestens einen Parameters umfasst.The method of claim 1, further comprising establishing a value or range of values for a simulated gravity acting on the diamagnetic object, determining at least one external magnetic field parameter suitable for effecting the predetermined value range, and controlling of the at least one parameter. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das äußere Magnetfeld mittels einer Vorrichtung (100, 200, 300, 400a, 400b) generiert wird, die eine mindestens zwei Elemente (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240', 240", 310, 310', 320, 320', 330', 330") aufweisende Magneteinrichtung umfasst, wobei die mindestens zwei Elemente zum Manipulieren des äußeren Magnetfeldes relativ zueinander beweglich sind.Method according to one of claims 1 or 2, wherein the external magnetic field is generated by means of a device (100, 200, 300, 400a, 400b) comprising at least two elements (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240 ', 240 ", 310, 310', 320, 320 ', 330', 330") having magnetic means, wherein the at least two elements for manipulating the external magnetic field are movable relative to each other. Verfahren gemäß einem der Anspruch 3, das ein Ändern einer Position der mindestens zwei Elemente (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240' 240", 310, 310', 320, 330', 330") relativ zueinander umfasst, insbesondere ein Ändern eines Abstandes zwischen den mindestens zwei Elementen.The method of claim 3, comprising relatively changing a position of the at least two elements (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240 '240 ", 310, 310', 320, 330 ', 330") to each other, in particular changing a distance between the at least two elements. Vorrichtung (200, 300, 400a, 400b) zum Erzeugen von auf ein Objekt (5) wirkender Kraft, wobei die Vorrichtung eine Magneteinrichtung zum Generieren eines äußeren Magnetfeldes und damit zum Induzieren eines magnetischen Moments in dem Objekt umfasst,
wobei die Magneteinrichtung mindestens zwei Elemente (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240', 240", 310, 310', 320, 320', 330', 330") aufweist, die zum Einstellen des äußeren Magnetfeldes relativ zueinander beweglich sind.
Apparatus (200, 300, 400a, 400b) for generating force acting on an object (5), the apparatus comprising magnet means for generating an external magnetic field and thereby inducing a magnetic moment in the object,
wherein the magnetic device comprises at least two elements (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240 ', 240 ", 310, 310', 320, 320 ', 330', 330") adapted to adjust the outer Magnetic field are relatively movable.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die mindestens zwei Elemente umfassen: mindestens zwei oder mindestens drei koaxial angeordnete Spulen (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240', 240") von Elektromagneten; mindestens eine supraleitende Spule; mindestens einen Permanentmagneten (310, 310', 330', 330"); mindestens ein Abschirmelement; mindestens ein ferromagnetisches Einlageelement; mindestens eine Graphitplatte (320, 320'); und/oder mindestens einen wassergekühlten Bittermagneten. The device of claim 5, wherein the at least two elements comprise: at least two or at least three coaxially arranged coils (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240 ', 240 ") of electromagnets; at least one superconducting coil; at least one permanent magnet (310, 310 ', 330', 330 "); at least one shielding element; at least one ferromagnetic insert element; at least one graphite plate (320, 320 '); and / or at least one water-cooled bitter magnet. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das von der Magneteinrichtung generierbare Magnetfeld in mindestens einem Teilbereich im Wesentlichen rotationssymmetrisch bzw. homogen ist.Device according to one of claims 5 or 6, wherein the magnetic field can be generated by the magnetic field in at least one partial area substantially rotationally symmetric or homogeneous. Vorrichtung gemäß Anspruch 7,
wobei für mindestens eine erste Positionierung der mindestens zwei Elemente (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240', 240", 310, 310', 320, 320', 330', 330") relativ zueinander in mindestens einem Teilbereich eines von der Magneteinrichtung generierbaren Magnetfeldes gilt B(z)B'(z) ≤ -150 T2/m, bevorzugter B(z)B'(z) ≤ -450 T2/m,
noch bevorzugter B(z)B'(z) ≤ -1500 T2/m,
und/oder wobei für mindestens eine zweite Positionierung der mindestens zwei Elemente (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240', 240", 310, 310', 320, 320', 330', 330") relativ zueinander in mindestens einem Teilbereich eines von der Magneteinrichtung generierbaren Magnetfeldes gilt -250 T2/m ≤ B(z)B'(z), bevorzugter -100 T2/m ≤ B(z)B'(z), noch bevorzugter 0≤ B(z)B'(z);
dabei ist entlang einer zentralen Achse (A) des Magnetfeldes jeweils B(z) der Betrag der magnetischen Flussdichte in im Punkt z, und B'(z) ist die zugehörige erste Ableitung von B.
Device according to claim 7,
wherein for at least a first positioning of the at least two elements (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240 ', 240 ", 310, 310', 320, 320 ', 330', 330") relative to each other in at least a portion of a magnetic device that can be generated from the magnetic field applies B (z) B '(z) - 150 T 2 / m, more preferably B (z) B' (z) ≤ -450 T 2 / m,
even more preferably B ( z ) B ' ( z ) ≦ -1500 T 2 / m,
and / or wherein for at least a second positioning of the at least two elements (220, 220a, 220b, 230, 230a, 230b, 240, 240 ', 240 ", 310, 310', 320, 320 ', 330', 330") applies relative to each other in at least a portion of a magnetic field that can be generated by the magnetic device -250 T 2 / m ≦ B ( z ) B '( z ), more preferably -100 T 2 / m ≦ B ( z ) B' ( z ), even more preferably 0 ≦ B ( z ) B ' ( z );
in this case, along a central axis (A) of the magnetic field B ( z ) is the amount of the magnetic flux density in at point z, and B '(z) is the associated first derivative of B.
Vorrichtung gemäß einem Ansprüche 5 bis 8, die zudem mindestens eine Kühlvorrichtung (150) umfasst.Device according to one of claims 5 to 8, further comprising at least one cooling device (150). Raumfahrzeug oder Raumstation mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9.Spacecraft or space station with a device according to one of claims 5 to 9. Tank eines Weltraumfahrzeugs, der zum Erzeugen einer auf einen im Tank enthaltenen Treibstoff wirkenden Kraft eine Magneteinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere eine Vorrichtung (200, 300) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9 umfasst.Tank of a spacecraft, which comprises a magnetic device for carrying out a method according to one of claims 1 to 4, in particular a device (200, 300) according to one of claims 5 to 9 for producing a force acting on a fuel contained in the tank.
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